CN109799391A - 导体交流电阻测量方法、系统及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气测量技术领域，公开一种导体交流电阻测量方法、系统及计算机存储介质，以提高数据的测量精度并确保便捷性。本发明方法包括：构建被测导体与恒流源回路，并将可调电阻并联在被测导体两端；分三次获取可调电阻的阻值以及测得加载在被测导体两端实测的电压、电流有效值、以及电流与电压的夹角，进而求解计算得出待测导体的交流电阻。

Description

导体交流电阻测量方法、系统及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及电气测量技术领域，尤其涉及一种导体交流电阻测量方法、系统以及计算机存储介质。

背景技术

目前，日趋旺盛的电力需求对电力系统的输电能力提出了新的考验，具体表现为生产的架空线和高压电缆的导体截面积需越来越难以满足电力增长的需求。对于交流系统而言，提高载流能力的实质是降低架空线和电缆的交流电阻，它除了包括直流电阻以外，还包括交变磁场引起的增量，它们的总和为交流电阻。用直流架空线或直流电缆传输电能时，可以认为导体截面的电流密度是相同的，而在交流情况下，电流沿导体截面的分布则发生了变化，在靠近导体表面处电流密度增大，而越接近导体中心的电流密度则越小，这一交变电流集中于导体表面的现象被称为集肤效应。近几年，随着电压等级的提高在电网系统中使用的架空线路越来越粗、电缆截面越来越大，而它们在通过交流电时产生的集肤效应会随着导体横截面增大的现象变得更加严重，导致它们的交流电阻远远大于直流电阻，这不仅降低了输电线路的载流能力，还会产生更大的线路损耗。因此需要合理优化导体结构和生产工艺来降低导体的交流电阻。为了有效评价输电线路的交流电阻，准确测量交流电阻是必须解决的问题。因为输电线路一般为铜导体，尤其是大截面导体电阻值非常小，且交流电阻测量系统需要采用交流电，测量信号极易受各种干扰因素的影响，导致测量结果的误差很大。因此，迫切需要一种能够精确测量输电线路交流电阻的方法。

为目前输电线路载流量计算中的导体交流电阻值确定的常规方法主要有三种：第一种方法为常规方法，先计算由集肤效应和邻近效应引起的电阻增量，然后将该增量与IEC标准给出的直流电阻推荐值相加，即为交流电阻，这种计算方法较为复杂而且计算结果不够精确；第二种方法为热测法，该方法需要将待测导线放入恒温环境中，否则精确度依然未知，存在隔热和测量的困难。该方法的可操作便利性和准确性较低；第三种方法为传统电测法，该方法需要用到很多仪器，使用功率表、电位计测量等，原理是测量导线在工频和最大设计使用温度下的电压和电流，采用四点测量法，需要熟练的操作者来保证测量和精度两方面，因而测试过程麻烦且测试效率低，人为因素影响较大。

发明内容

本发明目的在于提出了一种测量方式简单方便且精度高的导体交流电阻测量方法、系统及计算机存储介质，以提高数据的测量精度并确保便捷性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种导体交流电阻测量方法，包括：

构建被测导体与恒流源回路，并将可调电阻并联在所述被测导体两端；

获取所述可调电阻的阻值为R₁、恒流源输出电流有效值为I₁情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m1、以及与夹角θ_m1；

获取所述可调电阻的阻值为R₂、恒流源输出电流有效值为I₂情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m2、以及与夹角θ_m2；

获取所述可调电阻的阻值为R₃、恒流源输出电流有效值为I₃情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m3、以及与夹角θ_m3；

根据下述公式计算得出所述导体的交流电阻R_AC：

其中，k₁、k₂分别为外部电磁干扰系数。

作为优选，在执行对所述可调电阻的三次阻值切换时，保持所述恒流源不变。

作为优选，以变频功率传感器及其连接的功率分析仪获取相应的电压有效值、电流有效值及被测导体与恒流源回路相对应电流与电压的夹角的实测数据。

为达上述目的，本发明还公开一种导体交流电阻测量系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述导体交流电阻测量方法中的任意步骤。

为达上述目的，本发明还公开一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述导体交流电阻测量方法中的任意步骤。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明只需通过改变测量回路中的可变电阻值，即可获得被测对象在交流工作状态下的交流电阻，因而测量过程更为简便，避免了复杂的公式运算；

二、充分考虑了测试过程中电磁干扰对测量结果的影响，并定性分析计算了由电磁干扰引起的测量误差，因而使得测量结果精确可靠；

三、整体测试环境简单，测试平台简单且容易搭建，可操作性强。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明中的被测导体与恒流源、可调电阻构建的测量电路图；

图2是本发明中测量所述导体交流电阻的等效示意电路图；

图3是本发明中测量电路的感应回路的等效电路图；

图4是实际测量中考虑电磁干扰后的相量图；

图5是本发明中变频功率传感器及功率分析仪连接时的电路示意图；

图6是应用本发明的导体交流电阻测量系统的模块控制结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

本实施例公开一种测量方式简单方便且精度高的导体交流电阻测量方法。

首先，构建被测导体2与恒流源1回路，并将可调电阻3并联在所述被测导体2两端；然后获取所述可调电阻3的阻值为R₁、恒流源输出电流有效值为I₁情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m1、以及该情况下被测导体与恒流源回路相对应电流与电压的夹角θ_m1；获取所述可调电阻的阻值为R₂、恒流源输出电流有效值为I₂情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m2、以及该情况下被测导体与恒流源回路相对应电流与电压的夹角θ_m2获取所述可调电阻的阻值为R₃、恒流源输出电流有效值为I₃情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m3、以及该情况下被测导体与恒流源回路相对应电流与电压的夹角θ_m3；再根据下述公式(1)计算得出所述导体的交流电阻R_AC：

其中，k₁、k₂分别为外部电磁干扰系数。

在本实施例中，关于公式(1)的确定过程如下：

所述的被测导体与恒流源构建的测量电路如图1所示，可调电阻并联在所述导体的两端，恒流源为导体施加工频交流电流，而测量所述导体交流电阻的等效示意图可如图2所示，图中，R_AC为铜排的等效交流电阻，L为铜排的等效电感，为恒流源所加电流，为铜排两端电压的理论计算值，在实际应用中，将恒流源保持不变。

由图2可得下式(2)：

设与之间的夹角为θ，则根据公式(2)可知

在实际测量中，由于电磁干扰的影响，仪表实际测量值为理论计算值与的相量和，如下式(3)，其中为仪表测量到感应电压的部分。

而在测量电路中，其中的感应回路的等效电路图如图3所示，其中，R为感应与测量回路电阻，R′为感应回路其他部分总电阻，L′为感应回路总电感。

根据图3可得式(4)：

继而求得式(5)：

式(5)表明，随着杂散电感L′的增加，逐渐逼近根据功率分析仪的实测值计算的交流电阻逐渐逼近真实值。

如图4所示，其为实际测量中考虑电磁干扰后的相量图，图中ΔR_e为理论计算值与功率分析仪测量计算得到的实测值的偏差。根据电磁感应定律，超前的相角为90°。功率分析仪实际测量为以及它们的夹角θ_m，根据所测结果即可计算得到实测值

下面对因电磁干扰而导致的测量误差ΔR_e进行定性分析，根据式(5)以及图4可得：

由于R′＜＜ωL′，则于是

根据下式(6)：

可得到式(7)：

在实际应用中，由于R′＜＜R(R′可根据经验进行预估，取值范围通常在0.01Ω～1Ω，R大于R′的三个数量级即可完全满足大部分的测试精度需求，因此，R的取值范围可视应用场景在合理的范围内选取)，可得由于R′和L′不变，所以可以认为(其中k为常数)。

下面给出计算求取交流电阻的过程，根据下式(8)：

然后根据泰勒级数展开可得：

令可得式(9)：

于是根据式(8)、式(9)可得：

由于L′、k、R′皆为感应回路参数，无法准确知道。但测试过程中保持回路固定，测试环境基本不变，则L′、k、R′虽然未知，但变化不大，可认为不变。所以可以通过改变R值分别为R₁、R₂、R₃来求取R_AC。优选地，为简便计算，在实际测试过程中，三次测试时，恒流源电流保持不变。

因而，根据式(10)可得到每次测试过程所对应的三元一次方程，因而三次测试过程可形成三元一次方程组，进而得到所述的计算公式(1)，也即为最终可计算获得得出所测交流电阻R_AC的计算公式。

下面结合具体实施例进行说明测量过程，以铜排作为导体继而作为被测对象，首先搭建交流电阻测量系统，测量系统中的测量部分的电路如图1所示，其中，恒流源1与待测的铜排作为测量回路，且将可调电阻3并联在所述铜排的两端，恒流源为铜排施加工频交流电流，另外，进一步地，如图5所示，以变频功率传感器4及其连接的功率分析仪5获取铜排两端的相应的电压有效值、电流有效值及铜排与恒流源回路相对应电流与电压的夹角的实测数据，在本实施例中，为提高测量精度，选用所述变频功率传感器及其连接的功率分别为银河电气的WP4000系列A型变频功率分析仪及SP系列变频功率传感器。

测试准备工作完成后，即可开始测试，恒流源给待测铜排施加有效的工频交流电流，持续五分钟后，观察功率分析仪的显示数值是否稳定，若显示稳定，则记录所测到的铜排电压、电流以及它们的相角差。适当增加可变电阻值，重新测试，待功率分析仪显示稳定后记录第二次的电压、电流以及它们的相角；再次增加可变电阻值，重新测试，待功率分析仪显示稳定后记录第三次的电压、电流以及它们的相角。继而得到三次测试过程中的电压、电流以及它们的相角差值，将所得数据代入式(1)即可求得R_AC。

实施例二

在本实施例中，如图6所示，公开一种导体交流电阻测量系统，包括存储器6、处理器7以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序8，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一中导体交流电阻测量方法中的任意步骤。

实施例三

本实施例公开一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述实施例一中导体交流电阻测量方法中的任意步骤。

本发明上述各实施例所分别公开的导体交流电阻测量方法、系统以及计算机存储介质，具有以下有益效果：

一、本发明只需通过改变测量回路中的可变电阻值，即可获得被测对象在交流工作状态下的交流电阻，因而测量过程更为简便，避免了复杂的公式运算；

二、充分考虑了测试过程中电磁干扰对测量结果的影响，并定性分析计算了由电磁干扰引起的测量误差，因而使得测量结果精确可靠；

三、整体测试环境简单，测试平台简单且容易搭建，可操作性强。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种导体交流电阻测量方法，其特征在于，包括：

构建被测导体与恒流源回路，并将可调电阻并联在所述被测导体两端；

获取所述可调电阻的阻值为R₁、恒流源输出电流有效值为I₁情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m1、以及与夹角θ_m1；

获取所述可调电阻的阻值为R₂、恒流源输出电流有效值为I₂情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m2、以及与夹角θ_m2；

获取所述可调电阻的阻值为R₃、恒流源输出电流有效值为I₃情况下，加载在所述被测导体两端实测的电压有效值U_m3、以及与夹角θ_m3；

根据下述公式计算得出所述导体的交流电阻R_AC：

其中，k₁、k₂分别为外部电磁干扰系数。

2.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量方法，其特征在于，在执行对所述可调电阻的三次阻值切换时，保持所述恒流源不变。

3.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量方法，其特征在于，以变频功率传感器及其连接的功率分析仪获取相应的电压有效值、电流有效值及相对应情况下被测导体与恒流源回路相对应电流与电压的夹角的实测数据。

4.一种导体交流电阻测量系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至3任一所述方法的步骤。

5.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1至3任一所述方法中的步骤。